国内外无人化农业发展比较与借鉴

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车宇 刘俊（农业农村部农业机械化管理司）

  近年来，数字化、自动化、智能化技术在农业领域应用步伐加快，无人化农业发展引发社会广泛关注。无人化农业包括生产信息采集设施、生产作业装备和生产管理平台等三大组成部分，以全过程智能化管理、精准化作业为核心，通过大数据指导生产运行，能够实现节本、高效、精准、绿色，形成类似于无人工厂的农业生产方式，是现代农业的一个重要发展方向。总体上看，发达国家无人化农业研发起步早，但应用还不广泛。我国在这方面起步较晚，发展速度较快。
  一、无人化大田种植：大田种植作业工况条件复杂，实现无人化作业难度较大。北美、西欧具备基础但需求不紧迫，日韩处于萌芽阶段，我国正逐步兴起。
  北美、西欧、澳洲等地发达国家已经开始应用自动化装备开展农业生产，但对发展无人化农业还没有明显需求。美国大中型农场都应用自动导航驾驶系统来实现拖拉机、联合收割机等自动化作业，2019年美国农机自动导航驾驶系统普及率约为90%。在产品创新方面，约翰迪尔、凯斯纽荷兰在2016年分别都推出了无人化概念拖拉机及配套农具，不过目前并未商业化应用。
  日本、韩国等生产规模较小的国家和地区，无人化农机装备尚处萌芽阶段。日本主要农机企业基于“1个机手、2台机器”设想，推出了带有高精度卫星定位导航功能和遥控功能的自动化农机产品。2018年，久保田公司先后上市了带有自动驾驶功能的水稻收获机、拖拉机。
  我国大田种植自动化农机装备与发达国家存在差距，但发展趋势加快，无人化农机新产品相继问市。“东方红”“阿波斯”无人驾驶拖拉机、“谷神”无人驾驶联合收割机已开展试验和作业示范；“丰疆”高速无人驾驶插秧机实现了水田原地掉头对行、秧盘自动提升等功能。黑龙江、新疆、江苏、山东等多个粮棉主产省份相继开展了全过程无人化农业生产试验。以新疆生产建设兵团为例，其数字农业试点建设项目已经形成了棉花耕、种、管、收全程数字化生产管理模式。棉花种植全部使用卫星导航自动驾驶技术，在夜间或能见度较差的天气作业也可做到准确对行，整个作业季每台机具较手动驾驶平均多播种1000亩，原先人工驾驶播种10行的地块采用自动驾驶可播种11行，土地利用率可提高0.5%-2.5%，棉花精准施肥能够节肥15%、单产增加5%左右。
  值得注意的是，在无人化大田种植领域，我国植保无人飞机发展一枝独秀。2018年我国植保无人飞机保有量超过2万台，作业面积超过3亿亩次，在装备总量、作业面积上均为世界第一。农用无人飞机可搭载植保、影像获取、播种等多种装置完成不同作业。大疆、极飞等品牌的电动多旋翼机型能够精准导航、主动避障、定量施药。国际上，美国农用飞机以有人驾驶固定翼飞机为主，无人飞机在农业植保中鲜有应用。日本应用油动单旋翼机型较早，在作业管理、发动机技术等方面处于国际领先。
  二、无人化设施栽培：主要应用于果菜、花卉育苗管理、 水肥一体化、病虫害防治、采收运输、加工包装等环节。欧美日处于世界领先水平，我国整体水平不高。
  欧美日等一些发达国家在自动化、智能化生产技术研究与应用方面一直处于世界领先水平，已经实现了环境调控自动化、生产过程无人化、分级包装智能化。在设施栽培中农业生产机器人也应用广泛。日本在设施种植的育苗、嫁接、移栽、采摘、植保、施肥等环节有多种农业生产机器人。以色列、荷兰、德国、英国、澳大利亚、瑞士、法国等国家均有针对本国特色农业生产的机器人研发，采摘机器人均有小规模使用。近年来美国、欧盟、日本、韩国等制定国家战略将工业机器人加快应用于农业领域，农业机器人研发速度明显加快。
  我国设施农业机械化率仅30%左右，具有自主知识产权的农业机器人大部分还停留在样机阶段，在精度、效率和可靠性方面和国外相比还存在一定差距。以嫁接机器人为例，国内研发的产品还需要人机协同作业。
  值得欣喜的是，我国以无土栽培、立体种植、自动化管理为特征的植物工厂研发和产品水平较为先进，已有具备自主知识产权的成套技术设备，并已打入国际市场。比如，上海浦东智能种苗工厂实现了全程智能化生产。与传统集约化种苗基地相比，劳动生产率和单位面积产能分别提高6倍以上。
  三、无人化设施养殖：主要应用于环境控制、饲喂、挤奶、防疫、废弃物处理等作业环节。发达国家生猪、奶牛、蛋鸡养殖已有规模化应用，我国技术装备研发能力严重滞后。
  欧美等发达国家设施养殖机械自动化程度较高，信息化、智能化技术应用于畜牧养殖各个环节，已建成多种养殖环境自动监控系统平台，形成了适合不同饲养规模和区域特点的生产模式，特别是生猪、奶牛、蛋鸡养殖的少人化生产已有规模化应用。
  我国相关研究基础薄弱，装备智能化程度不高，核心部件和高端产品依赖进口，但无人化设施养殖发展势头强劲。比如，重庆万州奇昌种猪场是现代化规模种猪场，集成应用自动喂料、自动饮水、自动清粪、自动环境控制技术，由管理系统统一控制。猪场无臭味、无污水排放，猪粪尿完全有机肥发酵后用于果园生产。种猪场常年存栏600头母猪，年出栏1.5万头断奶仔猪，除了接生和照顾哺乳期小猪外，仅需6人即可保障日常正常运行。又比如，山东民和牧业股份的少人化肉鸡智能养殖场采用自动化笼养设备，包括自动化饮水系统、行车喂料系统、带式清粪系统、自动化肉鸡收集与输送系统、舍内环境控制系统以及场内智能化管理平台，日常管理仅需30人即可饲养肉鸡近70万只。
  从发展趋势看，无人化农业将主要应用在规模化种植、设施栽培、设施养殖领域，解决水田植保、育苗嫁接、病死畜禽处理等作业环境差、劳动强度大、精准度要求高、安全风险防范难的有关问题，市场需求潜力很大。
  目前，我国无人化农业发展虽然具备了一定基础，但大部分都属于探索阶段，技术成熟度和经济性仍有许多欠缺，需要在政策、科技、项目、标准等方面积极支持，深入推进机械化、信息化融合，促进农业机械化高质量发展，努力为农业现代化提供新动能。